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Sistema Dual (Prticos rigidizados)

Es un sistema mixto de prticos reforzados por muros de carga o diagonales de arriostramiento. En este sistema losmuros tienden a tomar una mayor proporcin de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los prticospueden disipar energa en los niveles superiores.

Figura 1 _ Distintos sistemas duales.

Figura 2 _ Edificacin son arriostramientos laterales.

Se genera una estructura con una resistencia y rigidez lateral sustancialmente mayor al sistema de prticos, lo cuallo hace muy eficiente para resistir fuerzas ssmicas. Y siempre y cuando haya una buena distribucin de loselementos rgidos, tambin se puede obtener las ventajas del sistema aporticado, en cuando a su ductilidad ydistribucin de espacios internos.

Se debe ser muy cuidadoso al momento de disear el sistema, ya que la interaccin entre el sistema aporticado y elde muros es compleja. El comportamiento de un muro esbelto es como el de una viga de gran altura en voladizo, y elproblema de interaccin se origina porque el comportamiento que tendra un sistema aporticado sera muy distinto alde un muro de concreto.

Como se puede apreciar en la figura 2.90, en los pisos inferiores la rigidez del muro es muy alta, por lo que serestringe prcticamente el desplazamiento, mientras que en los pisos superiores el muro en vez colaborar a resistirlar cargas laterales, termina incrementando las fuerzas que los prticos deben resistir. Es por esto que se debentener consideraciones muy puntuales con el diseo del muro, intentando propinarle un gran momento de inercia parano producir grandes desplazamientos.

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Figura 3 _ Interaccin de fuerzas entre prticos y muros

Es muy comn, sobretodo en la vieja prctica, que cuando se disean estructuras duales se supone que los murosresisten todas las fuerzas laterales y el sistema aporticado todas las gravitacionales. Esta suposicin arroja un errordespreciable en estructuras de alturas moderadas, aproximadamente 20 pisos, pero para edificios de alturasmayores se incurre a un sobredimensionamiento de la estructura, ya que se desperdicia buena parte de laresistencia de ambos sistemas. Aunque la Norma COVENIN 1753-2001 en el subcaptulo 6.3 especifica que paraestructuras duales, el prtico debe resistir al menos el 25% de las cargas laterales.

El problema que posee este sistema estructural es que hay que ser muy cuidadoso en cuanto a la configuracin delos elementos rgidos, ya que tienen una extrema diferencia de rigidez comparado a los prticos y esto puede causarconcentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y una mala distribucin de cargas hacia lasfundaciones.

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Recomendaciones Distribuir de manera uniforme y simtrica los elementos rgidos en la planta intentando evitar la obstruccin

al uso del espacio interno del edificio.

Es preferible no concentrar los elementos rgidos y resistentes cercanos al centro de masa ya que sonmenos efectivos para resistir torsin y las columnas de la periferia sern ms susceptibles al cortante portorsin. Si estos elementos son ubicados en la periferia de la estructura de forma simtrica su efectividad

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se incrementar considerablemente.

Para lograr un diseo econmico y estructuralmente ptimo se debe considerar la interaccin del sistemaaporticado y de muros para resistir todas las solicitaciones. De esta forma se reducen los momentosflectores en los muros, debido a la participacin de los prticos, y se mejora el desempeo de estos si sedisea considerando su aporte para resistir cargas gravitacionales, ya que las cargas gravitacionalespueden compensar los momentos volcantes debidos a las cargas laterales.

Se debe verificar que los esfuerzos transmitidos por los muros al suelo no sobrepasen su capacidad

portante, esto se puede lograr aumentando la cuanta de muros en planta o aumentando el espesor deestos

Tipos de sistemas estructurales bsicos

La eleccin de un sistema estructural adecuado tiene gran influencia en el comportamiento de la estructura ante la

ocurrencia de un sismo. El sistema debe poseer:

Capacidad para resistir todas las cargas gravitacionales de manera eficiente.

Resistencia ante las solicitaciones ssmicas en cualquier direccin, para as prevenir el colapso.

Ductilidad, ya que no basta con que se alcance que se alcance el estado lmite de resistencia en unaseccin, lo que podra originar un colapso, sino que tambin se requiere que posea capacidad dedeformarse sosteniendo su carga mxima, e inclusive, que posea una resistencia de capacidad antes delcolapso.

Permitir un flujo continuo de las fuerzas ssmicas hasta la fundacin.

Redundancia, para que los elementos tengan capacidad de deformaciones inelsticas y permitan ladisipacin de energa sin riesgo a colapso de la edificacin.

Las soluciones estructurales que se adopten en el proyecto estn sujetas a las restricciones que existen con lasinteracciones de otros aspectos del proyecto, como el arquitectnico, instalaciones sanitarias, etc., tambin porlimitaciones en costos, procesos constructivos o por tiempo de ejecucin. Por otro lado, la adecuada seleccin delsistema estructural tambin depende de la altura del edificio, riesgo ssmico que exista en el rea, capacidadportante del suelo, etc.

En cualquiera de los sistemas estructurales que se seleccione es muy ventajoso el uso de las losas para quedesarrollen la funcin de diafragma rgido en cada nivel. El diafragma rgido cumple como objetivo el que sedistribuya de manera uniforme las cargas laterales a todos los elementos resistentes que posee el edificio.

Es difcil dar recomendaciones de manera general sobre cual sistema estructural se debe utilizar, ya que en cadacaso existen factores particulares, que deben ser evaluados por el ingeniero con base a sus conocimientos. El

proyectista debe tener en cuenta la eficiencia de los diferentes materiales, elementos estructurales, las diversascondiciones de carga y las consecuencias que produce la eleccin del sistema estructural sobre las otras partes delproyecto.

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Prtico resistente a momentos Muros portantes

Sistema dual Otros sistemas

os muros estructurales de concreto armado, llamados tambin muros de corte o pantallas, son elementos queproporcionan gran rigidez lateral y ayudan a resistir las cargas gravitacionales en las edificaciones.

En zonas de elevado riesgo ssmico su uso es ampliamente recomendado ya que entre sus ventajas seencuentra que:

Disminuye considerablemente las derivas de piso, las vibraciones y oscilaciones lo que ayuda a queexistan pocos daos en los elementos no estructurales.

Al ser elementos de gran rigidez lateral, absorben la mayora de las solicitaciones ssmicas. Estoayuda a minimizar la posibilidad de la falla por el efecto de columnas cortas.

De igual forma, por su gran rigidez lateral y absorcin de las solicitaciones ssmicas, disminuye laposibilidad de falla en los llamados pisos dbiles.

Integrando los elementos aporticados con las pantallas de concreto armado (Sistemas Duales) sepueden realizar edificios de mediana y gran altura, ya que los muros estructurales son mucho msrgidos y por lo tanto tienen un perodo natural ms corto, por lo que sus desplazamientos resultanser mucho menores que el de los elementos aporticados. Los muros estructurales resisten la mayorade las cargas laterales en la base y absorben una parte de las cargas gravitacionales.

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Figura 1 _ Distintos tipos de muros.

En general, el uso de los muros estructurales controla el desplazamiento lateral de un edificio siempre y

cuando tengan una disposicin y cuanta adecuada en planta, esto le termina proporcionando al edificio unaelevada seguridad estructural ante un eventual sismo de moderada magnitud.

Cabe destacar que los muros presentan una gran rigidez en su plano, pero debido a su poco espesor,presentan muy poca rigidez para cargas normales a l. Por esto es que cobra vital importancia el distribuir alos muros en la planta de manera uniforme, para que existan lneas de resistencia en direcciones ortogonales.

PESOR DE LOS MUROS ESTRUCTURALES

Segn la Norma COVENIN 1753-2006, el espesor de los muros estructurales no podr ser menor que lassiguientes dimensiones:

10 cm.Fratelli (2002) recomienda utilizar muros de un espesor mnimo de 15 cm. para alturas mximas de

4,5 m. siempre y cuando satisfagan todas las condiciones de resistencia. Para alturas mayores a 4,5m. recomienda aumentar de 2,5 cm. por cada 7,5 m. de altura.

donde Ln es la altura no arriostrada del muro.

donde Lw es la longitud del muro en la direccin de la fuerza cortante.

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El espesor de los muros divisorios no podr ser menor de 10 cm. ni menor a de la distanciaque hay entre los dos miembros laterales que le propicien apoyo.

El espesor de los muros de stano no podr ser menor a 20 cm.

Si el muro soporta cargas concentradas (Como se muestra en la figura 4.2) que actan en el borde superiordel muro, se considerar para el dimensionamiento la longitud horizontal efectiva como el menor de lossiguientes valores:

donde a: ancho de la carga concentrada

b: espesor del muro

s: distancia centro a centro entre las carga

Figura 1 _ Longitud Efectiva para muros con cargas concentradas.

Se debe verificar que los esfuerzos transmitidos al suelo de fundacin no sean superiores a losesfuerzos admisibles del mismo. De ser as es posible que haya que aumentar el espesor del muro o

agregar otros elementos resistentes verticales para disminuir esos esfuerzos.

Fargier (2010) recomienda que la relacin de esbeltez del muro no sea mayor quediecisis (16), pero en edificios hasta de seis niveles que posean abundante cuanta de muros enplanta, esta relacin puede llegar hasta veinte (20).

fuerzo mnimo de acero

La cuanta del acero de refuerzo y su distribucin en los muros debe calcularse de una manera muy cuidadosa, yaque un refuerzo bien distribuido y dimetros de barras adecuados pueden evitar la fisuracin del concreto debido a

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esfuerzos cortantes, as como tambin incrementar la ductilidad del elemento al permitir mayores deformaciones.

Segn la Norma COVENIN 1753-2006, las armaduras mnimas para los muros estructurales de concreto armadotienen que cumplir las siguientes especificaciones:

Muros estructurales con Nivel de Diseo ND1

Se exige que la separacin de las barras de acero no exceda de los siguientes valores:

Tabla 1 _ Separacin mxima de refuerzos

Donde: bW: Espesor del muroLW: Longitud del muro en la direccin de la fuerza cortante.

Para :

Cuanta mnima para barras menores o iguales a 5/8:

Cuanta Vertical,

Cuanta Horizontal,

Cuanta mnima para barras mayores a 5/8:

Cuanta Vertical,

Cuanta Horizontal,

Para :

Cuanta Horizontal,

Cuanta Vertical,

Donde: hW: Altura del muro o segmento de l.Con excepcin de los muros en stanos, los muros estructurales con un espesor mayor a 20 cm. tendrn armadurasen ambas direcciones dispuestas en dos capas paralelas a las caras del muro de la siguiente forma:

Se colocar una malla electrosoldada que tenga entra y de las armaduras que se requieren para cada

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direccin colocada a no menos de 5 cm. ni ms de un tercio del espesor del muro medido a partir de lasuperficie exterior.

Se colocar una malla interior que posea el resto del acero requerido en cada direccin, con unrecubrimiento no menor de 2 cm. ni ms de un tercio del espesor del muro medido desde su superficieinterior.

Figura 1 _ Detalle de doble capa de armadura en muro de stano.

Muros estructurales con Nivel de Diseo ND3Se exige que la separacin de las barras de acero no exceda de los siguientes valores:

Tabla 2 _ Separacin mxima de las barras de acero

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La cuanta de acero tanto vertical como horizontal no puede ser menor a 0,0025. Cuando la relacin de aspectohW/LW < 2,0 la cuanta de refuerzo vertical debe ser igual a la cuanta horizontal.

Adems de los requerimientos mnimos exigidos para las armaduras, la Norma tambin exige que se deban colocarno menos de 2 barras #5 alrededor de todas las aberturas de ventanas y puertas. Estas barras deben tener unalongitud mayor a la longitud de desarrollo y no ser menores de 60 cm. en todas las esquinas. En la Figura 4.3 semuestra un ejemplo de esto.

Figura 2 _ Refuerzo adicional en aberturas

Segn diversos autores (Alcocer, 1995) resultados experimentales han demostrado que la disposicin de los acerosde las armaduras de menor dimetro y por ende de menor separacin mejoran la respuesta histertica de los muros,

comparndola con barras de mayor dimetro y mayores separaciones.